CN108614538B - 一种工业设备有序运行的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业设备有序运行的控制策略，工业设备包括若干条生产线，设置有中心控制器，所述中心控制器汇总各生产线的生产状态数据，所述生产状态数据包括生产就绪信号、周期结束信号、工艺参数信号和用电功率，然后通过对所有生产线下一周期负荷曲线的预测，计算出能够使用电总负荷峰值为最低的生产序列排布，据此在不同时间点分别控制各生产线启动生产。本发明可以避免扎堆生产，使当前时刻至所有生产线完成下一次生产周期的时间内功率波峰值最低，确保生产系统的正常运转以及厂内供电的安全性。

Description

一种工业设备有序运行的控制方法

技术领域

本发明涉及一种实现工业设备有序运行的控制策略。

背景技术

目前，对于具有多条生产线的大型生产系统，各条生产线分别执行各自的生产任务，总控系统仅能够对各生产线进行简单的监视，无法对各生产线的生产执行进行智能化调控，因此常出现多条生产线同时或在短时内“扎堆”投料生产的情况，导致电力负荷大幅波动、峰值过高，严重影响生产系统的正常运转以及厂内供电的安全性。因此，厂用变电站需要根据所有生产线的额定功率之和考虑配电容量，不能有效地利用配电容量。

发明内容

本发明提出了工业设备有序运行的控制策略，其目的是：对各生产线的执行情况进行智能化实时调控，避免扎堆生产，确保生产系统的正常运转以及厂内供电的安全性。

一种工业设备有序运行的控制策略，工业设备包括若干条生产线，设置有中心控制器；所述中心控制器汇总各生产线的生产状态数据，所述生产状态数据包括生产就绪信号、周期结束信号、工艺参数信号和用电功率，然后通过对所有生产线下一周期负荷曲线的预测，计算出能够使用电总负荷峰值为最低的生产序列排布，据此在不同时间点分别控制各生产线启动生产。

进一步的，所述中心控制器执行以下有序生产控制策略：

(1)通过采集各生产线的用电功率，提取各生产线每执行一次生产过程的功率特征曲线：

p_unit,i(t_cycle)，0≤t_cycle≤t_unit,i；

上式中，i为生产线序号，t_unit,i为第i条生产线的每执行一次生产周期所需要的时间；

则在当前时刻t_now的状态下，第i条生产线在下一次生产就绪时刻t_ready,i的基础上进行延迟t_delay,i后，各时间段的功率曲线为：

式中，为第i条生产线正在执行的生产周期的开始时刻，/>为正在执行的生产周期内的功率曲线，该段功率曲已经无法进行延迟控制；p_free,i为当前生产周期之后、开始下一次生产周期之前的功率曲线，该时间段内生产线空闲；/>为下一次执行生产的功率曲线；

(2)每当生产系统中有生产线发出就绪信号时，进行如下调整：

计算所有生产线的已确定负荷即当前无法调整的负荷曲线为：

式中，表示当前处于生产状态；t_delay.min为进行延迟时间计算所需要的时间，/>表示第i条生产线当前所确定的下一次生产开始时刻/>距离当前时刻t_now的时间差小于等于t_delay.min，即已经来不及进行延迟计算；若第i条生产线是新就绪的生产线，还未针对下一次生产开始时刻/>进行过调整计算，则/>等于第i条生产线当前生产周期的结束时刻；

计算所有生产线的可调整的负荷曲线为：

式中，表示当前第i条生产线下一次生产已经就绪且当前所确定的下一次生产开始时刻/>距离当前时刻t_now的时间差大于t_delay.min，即来得及重新调整/>

进行优化调整：对于的生产线，选择一组t_delay,i，达成如下优化目标：

即使得从当前时刻到下一次所有生产线的生产过程都结束时，总负荷的峰值最低；

优化过程的约束条件为：

t_wait,i≤t_delay,i≤t_delay.max+t_wait,i；

式中，t_delay.max为预设的两次生产过程之间所允许的最大延时，t_wait,i为第i条生产线的固有等待时间：

进一步的，通过枚举法选择t_delay,i。

进一步的，利用枚举法选择t_delay,i时，通过增大延时调节颗粒度Δt的方式减小计算量。

进一步的，调整计算前，将准备就绪的生产线划分为若干组；在调整计算时，根据组内各生产线的t_ready,i之间的间隔值，设定各生产线的t_delay,i间的间隔值，使组内各生产线调整后的相等。

进一步的，利用采样点间距t_sample对时间值进行离散化：t n·t_sample；

设定一起优化的生产线最大数量为n_plant.max,利用枚举法选择t_delay,i时的调节颗粒度为Δt，当有n_plant.ready条生产线就绪时，分为组，按以下公式计算完成一次调整计算最多需要进行的加法运算的次数：

式中，

调整计算前，选择n_plant.max，使F_max≤F′，F′为预设的计算次数阈值。

进一步的，若某生产线退出有序生产控制或经过最大等待时间仍未给出生产就绪信号，中心控制器自动在计算时剔除该生产线。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：(1)本发明根据整个生产系统的功率曲线对各生产线的生产执行分别采取智能化延迟控制，避免扎堆生产，使当前时刻至所有生产线完成下一次生产周期的时间内功率波峰值最低，确保生产系统的正常运转以及厂内供电的安全性，增大了厂用变电站的带载能力，有效地降低生产设备的总峰值负荷，进而使原有变电站有更多的配电容量来做他用；(2)调整策略充分考虑了各生产线是否来得及调整的情况，根据生产线的状态信息将负荷分为已确定负荷和未确定负荷，对未确定部分进行调整；(3)每当有生产线就绪后，重新启动优化，实时动态调整，避免遗漏，确保优化的持续性和及时性；(4)通过调整颗粒度和动态分组的方式进一步提高优化速度，满足动态实时智能化控制的要求。

附图说明

图1为本控制策略的流程示意图。

图2为功率曲线随调整而变化的示意图。

图3为本发明涉及的工业设备的结构示意图。

图4为站内控制柜与生产线之间的结构关系图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的技术方案：

如图1，工业设备有序运行的控制策略，工业设备包括若干条生产线；设置有中心控制器，所述中心控制器汇总各生产线的生产状态数据，所述生产状态数据包括生产就绪信号、周期结束信号、工艺参数信号和用电功率，生产就绪信号表示生产线已准备好下一次生产周期的准备工作，然后通过对所有生产线下一周期负荷曲线的预测，计算出能够使用电总负荷峰值为最低的生产序列排布，据此在不同时间点分别控制各生产线启动生产。

具体的，所述中心控制器执行以下有序生产控制策略：

(1)如图2，通过采集各生产线的用电功率，提取各生产线每执行一次生产过程的功率特征曲线：

p_unit,i(t_cycle)，0≤t_cycle≤t_unit,i；

上式中，i为生产线序号，t_unit,i为第i条生产线的每执行一次生产周期所需要的时间；

则在当前时刻t_now的状态下，第i条生产线在下一次生产就绪时刻t_ready,i的基础上进行延迟t_delay,i后，各时间段的功率曲线为：

式中，为第i条生产线正在执行的生产周期的开始时刻，/>为正在执行的生产周期内的功率曲线，该段功率曲已经无法进行延迟控制；p_free,i为当前生产周期之后、开始下一次生产周期之前的功率曲线，该时间段内生产线空闲；/>为下一次执行生产的功率曲线；

(2)每当生产系统中有生产线发出就绪信号时，进行如下调整：

计算所有生产线的已确定负荷即当前无法调整的负荷曲线为：

式中，表示当前处于生产状态；t_delay.min为进行延迟时间计算所需要的时间，/>表示第i条生产线当前所确定的下一次生产开始时刻/>距离当前时刻t_now的时间差小于等于t_delay.min，即已经来不及进行延迟计算；若第i条生产线是新就绪的生产线，还未针对下一次生产开始时刻/>进行过调整计算，则/>等于第i条生产线当前生产周期的结束时刻；

计算所有生产线的可调整的负荷曲线为：

式中，表示当前第i条生产线下一次生产已经就绪且当前所确定的下一次生产开始时刻/>距离当前时刻t_now的时间差大于t_delay.min，即来得及重新调整/>

进行优化调整：对于的生产线，选择一组t_delay,i，达成如下优化目标：

即使得从当前时刻到下一次所有生产线的生产过程都结束时，总负荷的峰值最低；

优化过程的约束条件为：

t_wait,i≤t_delay,i≤t_delay.max+t_wait,i；

式中，t_delay.max为预设的两次生产过程之间所允许的最大延时，t_wait,i为第i条生产线的固有等待时间：

优化过程中，优选采用枚举法选择t_delay,i。

实施时，利用采样点间距t_sample对时间值进行离散化：t n·t_sample。

进一步的，利用枚举法选择t_delay,i时，可以通过增大延时调节颗粒度Δt的方式减小计算量，所述调节颗粒度是指枚举值之间的最小间隔值。

为了进一步减小计算量，每次调整计算前，将准备就绪的生产线划分为若干组，例如按功率大小将生产线分为大功率和小功率生产线，将大功率生产线和小功率生产线搭配成组，这样即使两个生产线同步启动，所造成的负荷波动也较有限。

在调整计算时，根据组内各生产线的t_ready,i之间的间隔值，设定各生产线的t_delay,i间的间隔值，使组内各生产线调整后的相等，即同一组的生产线下一轮生产周期将同时启动。由于同一组的生产线在枚举时，设定好一组t_delay,i即可确定该组所有的t_delay,i，因此极大地减少了枚举值的数量，使计算量呈指数级下降，同时对负荷波动的影响极为有限。

设定一起优化的生产线最大数量为n_plant.max,利用枚举法选择t_delay,i时的调节颗粒度为Δt，当有n_plant.ready条生产线就绪时，分为组，按以下公式计算完成一次调整计算最多需要进行的加法运算的次数：

式中，

调整计算前，选择n_plant.max，使F_max≤F′，F′为预设的计算次数阈值，对计算量进行预先控制。

本系统还可以实现智能化有序控制延迟模式和立即执行模式之间的快速切换。

如图3和4，所述生产线300包括用电生产设备以及用于控制生产设备进行生产的生产设备控制器301，所述生产设备控制器301还用于采集所述生产状态数据；

生产系统包括与生产线300一一对应的站内控制柜200，所述站内控制柜200包括通讯装置201和有序生产控制器202；

所述中心控制器100通过工业环网光纤通讯网络与各通讯装置201相连接；

所述通讯装置201与所述有序生产控制器202相连接以将中心控制器100发出的生产执行指令发送至有序生产控制器202；

所述通讯装置201还与所对应的生产设备控制器301相连接以将生产设备控制器301所采集的数据传输至中心控制器100；

所述生产设备控制器301设有输出控制开关，所述输出控制开关和生产线300中用于启动生产的生产执行器302串联在生产线300的控制回路中以实现输出控制开关对生产线300启动的控制；

现有技术中，常规的生产设备控制器301的工作逻辑为：当接收到就绪信号后，立刻使输出控制开关处于连通状态，开启生产线300的下一轮生产周期。本实施例中，无需对生产设备控制器301的常规工作逻辑作出更改。

所述站内控制柜200还包括继电器203，有序生产控制器202与继电器203相连接以实现对继电器203的开关的控制；

所述站内控制柜200还包括联动开关组，所述联动开关组包括第一开关204和第二开关205，第一开关204与第二开关205中其一为常闭开关、另一为常开开关；相对应的第一开关204与继电器203开关相串联后与所对应的第二开关205相并联，再与输出控制开关以及生产执行器302串联在所对应的生产线300的控制回路中。

所述联动开关组可以手动操作，也可以根据系统的状态自动执行切换操作。

装置工作时，生产设备控制器301接收到就绪信号后，输出控制开关处于连通状态。此时，联动开关组决定了装置当前的工作模式：如果第一开关204闭合、第二开关205断开，则处于有序生产延迟模式，有序生产控制器202接收到中心控制器100的指令后，控制对应的继电器203开关闭合，生产执行器302得电启动生产线300的下一轮生产。如果第一开关204断开、第二开关205闭合，则该生产线300处于立即执行模式，即生产设备控制器301的输出控制开关连通后，生产执行器302立即得电启动生产线300的下一轮生产，绕过有序控制。

若某生产线退出有序生产控制或经过最大等待时间仍未给出生产就绪信号，中心控制器自动在计算时剔除该生产线。

出现异常情况时，如：通讯中断、生产设备自身故障、有序生产控制系统出现故障，可以将有序生产控制系统无扰动退出(即生产投入信号保持至当前生产周期结束)，同时发出报警信号，保证异常情况的及时通知和不影响设备的正常生产效率。

Claims (6)

1.一种工业设备有序运行的控制方法，所述工业设备包括若干条生产线，其特征在于：设置有中心控制器；所述中心控制器汇总各生产线的生产状态数据，所述生产状态数据包括生产就绪信号、周期结束信号、工艺参数信号和用电功率，然后通过对所有生产线下一周期负荷曲线的预测，计算出能够使用电总负荷峰值为最低的生产序列排布，据此在不同时间点分别控制各生产线启动生产；所述中心控制器执行以下有序生产控制策略：

(1)通过采集各生产线的用电功率，提取各生产线每执行一次生产过程的功率特征曲线：

p_unit，i(t_cycle)，0≤t_cycle≤t_unit，i；

上式中，i为生产线序号，t_unit，i为第i条生产线的每执行一次生产周期所需要的时间；

则在当前时刻t_now的状态下，第i条生产线在下一次生产就绪时刻t_ready，i的基础上进行延迟t_delay，i后，各时间段的功率曲线为：

式中，为第i条生产线正在执行的生产周期的开始时刻，/>为正在执行的生产周期内的功率曲线，该段功率曲线已经无法进行延迟控制；p_free，i为当前生产周期之后、开始下一次生产周期之前的功率曲线，该时间段内生产线空闲；/>为下一次执行生产的功率曲线；

(2)每当生产系统中有生产线发出就绪信号时，进行如下调整：计算所有生产线的已确定负荷即当前无法调整的负荷曲线为：

式中，表示当前处于生产状态；t_delay.min为进行延迟时间计算所需要的时间，/>表示第i条生产线当前所确定的下一次生产开始时刻/>距离当前时刻t_now的时间差小于等于t_delay.min，即已经来不及进行延迟计算；若第i条生产线是新就绪的生产线，还未针对下一次生产开始时刻/>进行过调整计算，则等于第i条生产线当前生产周期的结束时刻；

计算所有生产线的可调整的负荷曲线为：

式中，t_ready，i≤t_now，表示当前第i条生产线下一次生产已经就绪且当前所确定的下一次生产开始时刻/>距离当前时刻t_now的时间差大于t_delay.min，即来得及重新调整/>进行优化调整：对于/>的生产线，选择一组t_delay，i，达成如下优化目标：

即使得从当前时刻到下一次所有生产线的生产过程都结束时，总负荷的峰值最低；

优化过程的约束条件为：

t_wait，i≤t_delay，i≤t_delay.max+t_wait，i；

式中，t_delay.max为预设的两次生产过程之间所允许的最大延时，t_wait，i为第i条生产线的固有等待时间：

2.如权利要求1所述的工业设备有序运行的控制方法，其特征在于：通过枚举法选择t_delay，i。

3.如权利要求2所述的工业设备有序运行的控制方法，其特征在于：利用枚举法选择t_delay，i时，通过增大延时调节颗粒度Δt的方式减小计算量。

4.如权利要求2所述的工业设备有序运行的控制方法，其特征在于：调整计算前，将准备就绪的生产线划分为若干组；在调整计算时，根据组内各生产线的t_ready，i之间的间隔值，设定各生产线的t_delay，i间的间隔值，使组内各生产线调整后的相等。

5.如权利要求4所述的工业设备有序运行的控制方法，其特征在于：利用采样点间距t_sample对时间值进行离散化：t＝n·t_sample；

设定一起优化的生产线最大数量为n_plant.max，利用枚举法选择t_delay，i时的调节颗粒度为Δt，当有n_plant.ready条生产线就绪时，分为组，按以下公式计算完成一次调整计算最多需要进行的加法运算的次数：

式中，调整计算前，选择n_plant.max，使F_max≤F′，F′为预设的计算次数阈值。

6.如权利要求1至5任一所述的工业设备有序运行的控制方法，其特征在于：若某生产线退出有序生产控制或经过最大等待时间仍未给出生产就绪信号，中心控制器自动在计算时剔除该生产线。